Материал: Наша Галактика – Млечный путь. Другие Галактики

Наша Галактика – Млечный путь. Другие Галактики

МБОУ гимназия имени академика Н.Г. Басова

РЕФЕРАТ

«Наша Галактика - Млечный путь. Другие Галактики»

Руководитель:

Преподаватель физики Татьянина Ирина Александровна

Воронеж - 2016

План-оглавление

Введение

. Млечный путь

. Положение Солнца в Галактике Млечный путь

. Типы Галактик

. Другие Галактики - островные вселенные

. Скопления и сверхскопления Галактик

Вывод

Введение

...Эти пятнышки, имеющие часто вид завитушек и называемые потому спиральными туманностями, не что иное, как отдаленные млечные пути, подобные нашему.

К.Э. Циолковский

В ясную безлунную ночь на небосклоне хорошо видна светлая полоса, которая опоясывает весь небосвод в виде серебристой ленты. Согласно древнегреческому мифу, Геракл пролил молоко, когда его кормила богиня Гера. Белая полоса на небе напоминает пролитое молоко, поэтому она получила название Млечный Путь.

Что же такое Млечный Путь, почему он так неоднородно светится?

Научной истории данного вопроса насчитывается минимум 2000 лет. Платону Млечный Путь представлялся швом, который соединяет полушария небосвода, Анаксагор и Демокрит утверждали, что его подсвечивают звезды, а Аристотель видел его объяснение в теории светящихся паров, находящихся под Луной. Римский поэт Марк Манилий высказал другое предположение: Млечный Путь - это сливающееся сияние небольших звезд. И он был совсем недалеко от истины. Но, наблюдая за звездами невооруженным взглядом, подтвердить ее было невозможно.

Тайна галактики Млечного Пути была приоткрыта лишь в 1610 году, когда Галилео Галилей рассмотрел его в свой первый телескоп, и открыл «необъятное скопище звезд», которые сливаются в сплошную белую полосу для невооруженного глаза. Галилей был поражен, он узнал, что неоднородность и клочковатость состава белой полосы как раз и объясняется тем, что она состоит из миллиардов скоплений звезд и темных облаков. Их комбинация образует неповторимый образ Млечного Пути. Почему неяркие звезды собираются в узкую полосу, в те времена было невозможно понять.

. Млечный путь

Наша Солнечная система - маленькая частица громадной звездной системы, которую называют Галактикой.

В Галактику входят все те звезды, которые мы видим в созвездиях и невооруженным глазом, и в телескоп.

В её составе находятся и все те звезды, из которых состоит серебристая полоса Млечного Пути. Млечный Путь опоясывает все небо как гигантская светящаяся лента. В телескоп видно, что это скопление множества слабых, далеких звезд. Более яркие, близкие звезды расположены тем гуще, чем они ближе к средней линии Млечного Пути. Среднюю линию Млечного Пути называют галактическим экватором. Плоскость галактического экватора - это плоскость симметрии нашей звездной системы. Вдоль этой плоскости и наша система тянется во всех направлениях. И в пространстве звезды скучиваются к этой плоскости. Скучиваются к ней и рассеянные звездные скопления, и все газовые туманности, и облака космической пыли. Только шаровые звездные скопления и звезды некоторых типов не подчиняются этому закону. Они заполняют сфероидальный объем, концентрируясь со всех сторон к центру Галактики.

Рис. 1,2 Фотография Млечного Пути. Автор Ben Coffman[11]

На рис.2 представлено изображение, полученном спутником "Исследование космического фона" показана наша Галактика в инфракрасном свете. Тонкая полоска диска нашей спиральной Галактики содержит звезды, показанные белым цветом, и межзвездную пыль, показанную красным цветом [12].

Из-за облаков пыли, ослабляющих свет далеких звезд, очень трудно выяснить подробности строения Галактики. Наша Солнечная система находится очень близко к галактической плоскости, в которой звезды расположены наиболее тесно. Свет всех далеких и слабых звезд сливается для нас в сплошное светящееся кольцо Млечного Пути.

Велика и грандиозна наша Галактика. От одного ее края до другого свет бежит почти 100 тыс. лет, а ведь от ближайшей звезды он доходит до нас примерно за 4 года.

Рис.3 Схематическое изображение нашей Галактики в поперечном сечении. Стрелкой показано место в ней солнечной системы

Рис. 4 Наша Галактика. Взгляд со стороны

Если бы мы могли посмотреть на нашу Галактику извне, находясь далеко за ее пределами, то убедились бы, что она сильно сплющена: ее диаметр в несколько раз больше «толщины». С ребра она должна быть видна в форме веретена или линзы. В середине она толще, и к центру звёзды скучиваются еще сильнее, В середине Галактики находится ядро - нечто вроде гигантского шарового скопления звезд.

От нас до ядра Галактики около 30 тыс. св. лет, а до ее края несколько меньше. Чем ближе к краю Галактики, тем разреженнее звезды. В звездном городе - Галактике мы живем ближе к ее окраине. Ядро Галактики видно от нас в сторону созвездия Стрельца. В летние ночи оно видно в южной стороне неба невысоко над горизонтом. Ядро это должно было бы сверкать как очень яркий участок Млечного Пути. Но его заслоняют от нас облака космической пыли, через которые его свет не доходит до нас. Ядро Галактики можно наблюдать, только применяя особые способы фотографирования.

Галактика вращается - все звезды с разной скоростью вращаются вокруг ее центра. И наша Солнечная система со скоростью около 250 км/с несется по своей орбите вокруг центра Галактики. На один оборот ей требуется примерно 200 млн. лет.[1]

Сколько же звезд, сколько солнц входит в состав Галактики? Их в ней более 100 млрд. Вокруг многих из них должны быть планетные системы. Даже если только на тысячу звезд приходится одна обитаемая планета, то и тогда во всей Галактике таких планет должно быть целых 100 млн.

Сравнивая нашу Галактику с другими гигантскими звездными системами, и сопоставляя различные данные, можно сказать, что у Галактики спиральное строение. Из ее ядра выходят две (или более) спиральные ветви. Они состоят из: звезд, газовых и пылевых туманностей и закручиваются вокруг ядра. Расположение спиральных ветвей точно еще неизвестно, но мы находимся между ними, а самые горячие и яркие звезды группируются в звездных облаках, образующих спиральные ветви.[3]

. Положение Солнца в Галактике Млечный путь

В 50-х годах прошлого века ученым удалось составить картину распределения облаков ионизированного водорода, находящихся в галактической окрестности Солнца. Выяснилось, что существуют по крайней мере три участка, которые можно было бы отождествить со спиральными рукавами Млечного Пути. Один из них, ближайший к нам, ученые назвали рукавом Ориона-Лебедя. Более далекий от нас и, соответственно, близкий к центру Галактики назван рукавом Стрельца-Киля, а периферийный - рукавом Персея. Но исследуемая галактическая окрестность ограничена: межзвездная пыль поглощает свет далеких звезд и водорода, так что понять дальнейший рисунок спиральных ветвей становится невозможным.

Определить положение Солнца внутри Галактики позволило изучение близких цефеид - переменных звезд, пульсирующих благодаря внутренним физическим процессам, изменяющим их блеск. Изменение блеска происходит с определенным периодом: чем период больше, тем выше светимость цефеиды, а значит и энергия, выделяемая звездой в единицу времени. А по ней можно определить и расстояние до звезды. Первопроходцем здесь был американский астрофизик Харлоу Шепли. Одним из объектов его интереса стали шаровые звездные скопления. Причем эти скопления всегда концентрируются вблизи галактических ядер. Предположив, что законы для вселенной едины, Шепли отыскал в шаровых скоплениях нашей Галактики цефеиды и измерил расстояния до них. Оказалось, что Солнце вовсе не в центре Млечного пути, а можно сказать на его окраине, на расстоянии 25 тысяч световых лет до центра. Так второй раз после Коперника развенчано представление о нашем особом привилегированном положении во Вселенной.

Все звезды в Галактике, включая Солнце, обращаются вокруг её ядра. На полный оборот Солнцу требуется 250 миллионов лет (галактический год). Скорость движения Солнца 220 . Земля уже облетела вокруг центра Галактики 25-30 раз.

Проследить путь Солнца через Млечный путь очень сложно. Но современные телескопы могут обнаружить и это движение.

Точка, в направлении которой со скоростью около 19,5 -20 км/с движется Солнце, называется апекс и расположена в созвездии Геркулеса. Полет Солнца, а заодно всей Солнечной системы происходит под углом 25 градусов к плоскости Галактики. Точка на небесной сфере, противоположная апексу называется антиапекс. В этой точке пересекаются направления собственных скоростей ближайших к Солнцу звезд.

Рис. 5 Схематическое изображение нашей Галактики и окружающего его гало

Поняв, что мы находимся на периферии Галактики, ученые заинтересовались ее центром. Ожидалось, что у нее, как и у других звездных островов, есть ядро, из которого выходят спиральные ветви. Именно их мы видим, как светлую полосу Млечного Пути, но - видим изнутри, с ребра. Эти спиральные ветви, проецируясь друг на друга, не позволяют понять, сколько их и как они устроены. Более того, ядра других галактик ярко сияют.

Но почему же этого сияния не видно в нашей Галактике, возможно ли то, что у нее нет ядра? Разгадка пришла опять-таки благодаря наблюдениям за другими. Ученые обратили внимание, что в спиральных туманностях, к типу которых относили и нашу Галактику, бывает отчетливо видна темная прослойка. Это есть не что иное, как скопление межзвездных газа и пыли.

Они-то и позволили ответить на вопрос - почему мы не видим собственного ядра: наша Солнечная система расположена как раз в такой точке Галактики, что гигантские темные облака загораживают ядро для земного наблюдателя.

Теперь можно ответить и на вопрос: почему Млечный Путь раздваивается на два рукава? Как оказалось, его центральную часть заслоняют мощные пылевые облака. В действительности, за пылью находятся миллиарды звезд, в том числе и центр нашей Галактики.

Исследования также показали, что если бы пылевое облако не мешало нам, земляне наблюдали бы грандиозное зрелище: гигантский сияющий эллипсоид ядра с бесчисленным количеством звезд занимал бы в небе площадь более ста лун.[6]

3. Типы галактик

В своей классификации Хаббл разделил все галактики на 3 обширных класса, основываясь на их внешнем виде на фотографических пластинках, экспонированных в синем (<https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0_UBV>) фильтре.

Рис.6 Эллиптическая галактика

Рис. 7 Спиральная галактика

Рис.8 Спиральная галактика с баром

Рис.9 Неправильная галактика

Эллиптические галактики имеют гладкую эллиптическую форму (от сильно сплющенных, до почти круглых) без отличительных деталей с равномерным уменьшением яркости от центра к периферии. Они обозначаются буквой E и цифрой, которая является индексом сплющенности галактики. Так, круглая галактика будет иметь обозначение E0, а галактика, у которой одна из больших полуосей вдвое больше другой, E5. Значения «индекса сплющенности» вычисляется по формуле , где a и b большая и малая полуоси видимого эллипса. Эллиптические галактики состоят из старых звёзд и практически полностью лишены газа.

Спиральные галактики состоят из уплощенного диска из звезд и газа, в центре которого находится сферическое уплотнение, называемое балджем, а также обширного сферического гало. В плоскости диска формируются яркие спиральные рукава, состоящие преимущественно из молодых звезд, газа и пыли.

Хаббл разделил все известные спиральные галактики на нормальные спирали (обозначаются символом S) и спирали с баром (SB), которые в отечественной литературе часто называют галактиками с перемычкой или пересеченными.

В нормальных спиралях спиральные ветви тангенциально отходят от центрального яркого ядра и простираются на протяжении одного оборота. Число ветвей может быть различно: 1, 2, 3,… но чаще всего встречаются галактики только с двумя ветвями.

В пересеченных галактиках спиральные ветви отходят под прямым углом от концов бара. Среди них тоже встречаются галактики с числом ветвей, не равным двум, но, в основной массе, пересеченные галактики обладают двумя спиральными ветвями.

Неправильные или иррегулярные галактики - галактики, лишенная как вращательной симметрии, так и значительного ядра.

Характерным представителем неправильных галактик являются Магеллановы облака. Бытовал даже термин «магеллановы туманности». Неправильные галактики отличаются разнообразием форм, обычно небольшими размерами и обилием газа, пыли и молодых звёзд. Обозначаются - I. В силу того, что форма неправильных галактик твёрдо не определена, как неправильные галактики часто классифицировали пекулярные галактики.[5,7]